電氣傳動實驗報告

1、電氣傳動課程設計摘要:本課題主要內(nèi)容為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試與測試的過程及結(jié)果,其中包括了實驗設計過程,原始設備參數(shù)的測量,參數(shù)設計,實驗仿真和系統(tǒng)的實際調(diào)試結(jié)果等內(nèi)容,最終得到符合要求的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng).本報告開始局部明確了課程設計任務,隨后是對本課題的開展現(xiàn)狀及背景的一些研究情況,之后介紹了所用設備以及實驗臺的具體情況.接下去詳細說明了電機各個參數(shù)的測試過程及結(jié)果,并在其根底上進行調(diào)節(jié)器參數(shù)計算設置,給出了計算機仿真過程和結(jié)果.最后局部是現(xiàn)場調(diào)試的過程及說明并給出結(jié)論.直流電動機具有優(yōu)良的起動,制動和調(diào)速性能.直至今日,直流電動機仍然是大多數(shù)變速運動限制和閉環(huán)位置伺服限制首選.由于它具有良好的線

2、性特性,優(yōu)異的限制性能,高效率等優(yōu)點.而雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)那么可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的根底上實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差,且有良好的動態(tài)特性特別是啟動特性,能有效地限制電機,提升其運行性能,應用廣泛,值得加以研究,對國民經(jīng)濟具有十分重要的現(xiàn)實意義.關鍵字:雙閉環(huán)調(diào)速直流電機MATLA助真目錄1、課程設計任務書內(nèi)容：設計并調(diào)試直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng).硬件結(jié)構(gòu)：電流環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)兩個PI調(diào)節(jié)器驅(qū)動裝置：晶閘管整流裝置.執(zhí)行機構(gòu)：直流電機.性能指標：穩(wěn)態(tài)：無靜差.動態(tài)：電流超調(diào)量小于5%空載啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于10%2、課題的開展狀況研究意義調(diào)速系統(tǒng)是當今電力拖動自動限制系統(tǒng)中應用最廣泛的一中系統(tǒng).目前對調(diào)速性能要

3、求較高的各類生產(chǎn)機械大多采用直流傳動,簡稱為直流調(diào)速.在50年代末晶閘管出現(xiàn),晶閘管變流技術(shù)日益成熟,使直流調(diào)速系統(tǒng)更加完善.晶閘管一電動機調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)成為當今主要的直流調(diào)速系統(tǒng),廣泛應用于世界各國.？近幾年,交流調(diào)速飛速開展,逐漸有趕超并代替直流調(diào)速的趨勢.直流調(diào)速理論根底是經(jīng)典限制理論,而交流調(diào)速主要依靠現(xiàn)代限制理論.不過最近研制成功的直流調(diào)速器,具有和交流變頻器同等性能的高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性、高智能化特點.同時直流電機的低速特性,大大優(yōu)于交流鼠籠式異步電機,為直流調(diào)速系統(tǒng)展現(xiàn)了無限前景.單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)對于運行性能要求很高的機床還存在著很多缺乏,快速性還不夠好.而基于電流和轉(zhuǎn)速的

4、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜動態(tài)特性都很理想.電氣傳動技術(shù)在我國經(jīng)濟和社會的開展中發(fā)揮著舉足輕重的作用,隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷開展,越來越多的先進技術(shù)融入到電氣傳動技術(shù)的研究中,這促使電氣傳動技術(shù)不斷向著實用化、智能化、信息化、交流化、數(shù)字化、集成化和綠色化的方向開展.3、設備選型直流伺服電動機355W,110V,型號:130SZ01功能：體積小、重量輕、力能指標高、噪聲低、產(chǎn)品系列化程度高、零部件通用化程度強等特點,被廣泛應用于各種機械及自動化限制系統(tǒng)中作執(zhí)行元件.市場價格:490元交直流電流傳感器(IN:AC/DC0-5A;OUTDC0-5V)型號:WBI125E01受限制：輸入電流范圍大小在0至

5、5A,輸出電壓范圍大小在0至5V,電流測量精度為十%工作原理:光電隔離原理、磁調(diào)制隔離原理功能：檢測交流供電線路的電流值時,為預防損壞測試系統(tǒng)、危害人身平安,檢測系統(tǒng)不能與強電直接相連.交直流電流傳感器可以將待檢測的電流信號轉(zhuǎn)換為便于測量的直流信號并進行隔離傳送,構(gòu)成一個具有隔離功能的檢測電路,以保證系統(tǒng)電路和操作人員的平安.可對電網(wǎng)或電路中的交直流電流進行實時測量,具有體積小、響應快、高精度、低漂移等特點.輸入、輸出回路完全隔離,輸出信號與電源共地,可以直接與各型A/D轉(zhuǎn)換器配接,構(gòu)成數(shù)據(jù)集中采集系統(tǒng).市場價格:170元交直流電壓傳感器(IN:AC/DC0-500V;OUTDC0-5V)型號

6、:WBV125E01受限制：輸入電壓范圍大小在0至500V,輸出電壓范圍大小在0至5V,電壓測量精度為+%工作原理:光電隔離原理、磁調(diào)制隔離原理功能：檢測交流供電線路的電壓值時,為預防損壞測試系統(tǒng)、危害人身平安,檢測系統(tǒng)不能與強電直接相連.交直流電壓傳感器可以將待檢測的電壓信號轉(zhuǎn)換為便于測量的直流信號并進行隔離傳送,構(gòu)成一個具有隔離功能的檢測電路,以保證系統(tǒng)電路和操作人員的平安.可對電網(wǎng)或電路中的交直流電壓進行實時測量,具有體積小、響應快、高精度、低漂移等特點.輸入、輸出回路完全隔離,輸出信號與電源共地,可以直接與各型A/D轉(zhuǎn)換器配接,構(gòu)成數(shù)據(jù)集中采集系統(tǒng).市場價格:207元4、實驗臺簡介實驗

7、臺主要分為給定、驅(qū)動、執(zhí)行、檢測、電源及保護幾個功能模塊.接口分為兩種,一種為強電接口,一種為弱電接口.對應的由強電開關和弱電開關限制其電源通斷.弱電給定模塊給定模塊用于產(chǎn)生不同大小極性的階躍,斜坡信號.在本實驗中主要使用階躍信號,作為限制信號限制晶閘管的導通角,從而起到限制電樞電壓的作用.珞定與鰭4鈿分器GIIK.J實驗臺給定模塊.驅(qū)動模塊驅(qū)動模塊由晶閘管構(gòu)成的三相橋式可控電路構(gòu)成,在實驗中為電動機提供可控的電樞電壓,受給定模塊限制.實驗臺驅(qū)動模塊.執(zhí)行模塊執(zhí)行模塊及電動機以及發(fā)電機,是實驗的關鍵局部.其四個電樞接口,四個勵磁接口共八個接口被引導實驗臺面上,剩余局部擺放在實驗臺右側(cè).實驗臺執(zhí)

8、行模塊檢測模塊本試驗中用到的檢測模塊主要包括電流和轉(zhuǎn)速的檢測模塊,用于搭建反應通道,其中反應系數(shù)可以根據(jù)需要自行調(diào)整.轉(zhuǎn)速檢測模塊,電源和電源保護模塊電源模塊提供了共3個檔位的三相交流電源,電源保護模塊提供了各種故障的提示燈,復位鍵以及強電弱電兩組開關,幫助快速找到故障原因,迅速糾正,預防危險.電源模塊電源保護模塊完整豐富的實驗臺給我們調(diào)試出完美的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)提供了條件5、參數(shù)測試測量電機兩條機械特性曲線,并得到靜差率設計實驗電路圖如圖:圖：機械特性測試電路圖分別將電樞兩端電壓調(diào)至110V和55V時,測出兩條機械特性曲線數(shù)據(jù)如下：Ua=110VI(A)123空載n(r/min)1630154

9、51500145014201750Ua=55VI(A)123空載機械特性曲線如圖:測量電樞回路各個電阻設計實驗電路如圖:圖：機械特性曲線n(r/min)690630580500400860圖：電樞回路電阻測量電路由UdUMIdlR和UdU.2Id2R兩式聯(lián)立可得到：這個R指回路總電阻,主要包括電樞電阻Ra,電抗器電阻Rl,電源內(nèi)阻Ra我們可以通過測得R,短路電動機得到R-Rm短路電動機及電抗得到R-Rm-Rlo通過計算可得到R,Ra和Rn.經(jīng)過測量整理計算得到：R=,Ra=,Rn=測量電勢常數(shù).n=Ud/CeO,因此測得Ud152Rn2調(diào)節(jié)負載使得不同電壓時電流始終相等,此時不同轉(zhuǎn)速下的整流電

10、壓值可聯(lián)立方程得到：Ce測得I=時兩組數(shù)據(jù)分別為：U=80Mn=1200r/min和U=n=1000r/min帶入公式得到CeO=V/(r?min-1)又Crm>=二、計算飛輪矩GD陰計算機電時間常數(shù):根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩平衡方程式,測試飛輪轉(zhuǎn)矩TeTL2GDdn375dt當忽然斷電時,電磁轉(zhuǎn)矩為0,此時假設為容易算得的空載轉(zhuǎn)矩可得到公式:To2GDdn2375dt'GDdn375To/一；dt其中T9.55P/n9.55(UdIoI2R)/n首先測一組空載數(shù)據(jù),即n=1000r/min,U=I=,帶入式中計算得到T0=?M在空載情況下電機運行在1500r/min時忽然斷電,由示波器測得

11、n變化為零所用時間為,可得到n的導數(shù)為273.代入上述兩個結(jié)果得到飛輪矩gD=?M.2根據(jù)以上結(jié)果及公式：TmGDR,機電時間常數(shù)Tm=375CeCm6、參數(shù)設計轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計主要分三步進行,首先要確定與轉(zhuǎn)速、電流環(huán)有關的參數(shù),如反應系數(shù)等；然后依次設計電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán).轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：圖：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖反應系數(shù)和濾波時間常數(shù)首先,確定=1/300,二,由,得電流環(huán)限幅為.由,得轉(zhuǎn)速環(huán)限幅為5V.晶閘管構(gòu)成的三相橋式電路最大可能的失控時間就是自然換相點之間的時間,即.電流濾波時間常數(shù),轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù).電流環(huán)參數(shù)設計將電流環(huán)校正為典型I型系統(tǒng),流環(huán)小

12、時間常數(shù)之和電流環(huán)限制對象是雙慣性的,因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器.其傳遞函數(shù)為：取,其中電流環(huán)開環(huán)增益：要求時,根據(jù)典型I型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標和頻域指標與參數(shù)的關系,應取,因此：于是,ACR勺比例系數(shù)為,可計算得到:轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù)設計將電流環(huán)看做轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié).其近似傳函為轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇：根據(jù)設計要求,選用PI調(diào)節(jié)器,器傳遞函數(shù)為按跟隨和抗擾性能都較好的原那么取h=5,那么ASR導超前時間常數(shù)為轉(zhuǎn)速開環(huán)增益：那么,可計算得到:7、系統(tǒng)仿真調(diào)試直流電機模型仿真根據(jù)測試得到的電機及電路參數(shù),即R=,CeO=V/(r?min-1),Tm=利用Matlab中的simulink工具

13、進行仿真,如圖圖：直流電機模型仿真結(jié)構(gòu)圖通過給定輸入電壓以及負載,與實際測得數(shù)據(jù)相比擬之后發(fā)現(xiàn)相差不大,該系統(tǒng)模型可用.雙閉環(huán)系統(tǒng)模型仿真TrarEferFai閉如調(diào)修客仿真D2:76s1U二EGarTrailsFnd知Ji#.EIeteThFW過屆/Fcna圖：雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真結(jié)果圖0V3:從仿真結(jié)果圖中可以看到,系統(tǒng)特性完全符合設計指標的要求現(xiàn)場調(diào)試根本參數(shù)調(diào)試先將系統(tǒng)反應系數(shù)、反應極性等根本參數(shù)調(diào)試完畢.(1)連接直流開環(huán)電路(2)熟悉實驗臺,熟記輸出口,尤其是反應輸出口的極性電流環(huán)參數(shù)整定調(diào)試電流調(diào)節(jié)器根據(jù)理論值計算結(jié)果搭建.很大并且出現(xiàn)震蕩整電流環(huán)參數(shù),使系統(tǒng)迅速穩(wěn)定不震蕩啟動,然后逐

14、漸增大給定電壓至負載電流為(1)電流閉環(huán),設置兩個調(diào)節(jié)器的限幅(5,5)先將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器米成A,電流啟動波形圖:(3)逐漸增加負載,調(diào)整電流環(huán)參數(shù),使得系統(tǒng)迅速穩(wěn)定,不震蕩(4)系統(tǒng)穩(wěn)定后,逐漸改變負載電流,記錄轉(zhuǎn)速變化,記錄電流環(huán)參數(shù).轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù)整定調(diào)試(1)將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器修改成理論值.(2)給定電壓為0啟動,然后逐漸增大給定電壓至負載電流為1A,調(diào)整轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù)使得系統(tǒng)穩(wěn)定不震蕩.效果如下列圖:圖：雙閉環(huán)系統(tǒng)啟動波形3、逐漸增加負載,調(diào)整轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù),使得系統(tǒng)迅速穩(wěn)定,不震蕩.4、系統(tǒng)穩(wěn)定后,逐漸改變負載電流,記錄轉(zhuǎn)速變化,記錄轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù).5、突加給定,用示波器觀察轉(zhuǎn)速和電流的超調(diào)量,調(diào)整轉(zhuǎn)速環(huán)參

15、數(shù)使得超調(diào)量滿足指標要求最終得到最優(yōu)參數(shù)為Ri=45kQ,Ci=;Rn=600kQ,Cn=F.其中轉(zhuǎn)速超調(diào)為%穩(wěn)態(tài)無靜差.經(jīng)過抗干擾測試,包括負載擾動以及電源擾動等,系統(tǒng)接收擾動后均能夠很快恢復至穩(wěn)定狀態(tài),波形僅僅略有波動.因此系統(tǒng)調(diào)試完畢,符合任務書要求,且穩(wěn)定性良好.圖8:系統(tǒng)啟動特性9、實驗室平安及實驗過程考前須知1、 實驗必須根據(jù)實驗指導書和指導教師的要求進行.2、 實驗室總電源的開啟應由實驗室工作人員來限制,其他人員未經(jīng)許可不得操作.3、 試驗臺右上方提供三相電源.其中三相轉(zhuǎn)換開關旋鈕0123檔依次為080V110V220V,實驗過程中嚴格根據(jù)實驗要求選擇電源電壓.4、試驗中請勿翻開

16、試驗臺后背蓋,預防可能發(fā)生的危險5、 實驗時,先連線,后加電.實驗時假設需改接電路,必須先斷電,改接完后再加電.6、 連線前,要對連接線進行外觀檢查,并檢查線路中有無短路回路存在,預防觸電或損壞設備.7、 加電時,應在同組全體成員都同意且保證平安的情況下根據(jù)從電源側(cè)到用電側(cè)的順序進行,實驗中假設用到變阻器,應先將其阻止置于最大位再慢慢下調(diào),而調(diào)壓器調(diào)壓應先調(diào)到零,再慢慢上調(diào).注意不要用手觸摸36V平安電壓以上的帶電體.8、 實驗過程中,假設出現(xiàn)漏電或故障,應立即按下急停按鈕切斷電源,并向指導教師匯報,不得自行處理,等待事故處理結(jié)束后,再繼續(xù)實驗.9、 實驗過程中,如出現(xiàn)蜂鳴器報警聲,此時應迅速

17、觀察故障提示燈并按下止鈴和復位按鈕,然后斷開限制電路電源,自行檢查電路錯誤后再繼續(xù)實驗.10、 實驗結(jié)束后,應按要求先斷電,后拆線.斷電前調(diào)壓器先調(diào)到零.做好整理工作,實驗設備歸回原位,清掃實驗場地,切斷電源,填寫設備使用記錄經(jīng)指導老師檢查前方能離開.10、總結(jié)經(jīng)過這次電氣傳動課程設計,我收獲很多,對于上學期的電氣傳動這門課有加深了理解,并且通過實驗,發(fā)現(xiàn)和解決了自己在理論知識學習中的缺乏,通過理論與實踐相結(jié)合,更加讓我進一步加深了對于理論知識的理解.作為自動化的學子,動手水平十分重要,如果光理論知識優(yōu)秀,而不能實際操作,這對未來的開展是很不利的.這次的課程設計,很好的彌補了我對動手水平這方面

18、的薄弱,又讓我充分復習電氣傳動這門很重要的課程,一舉多得.？在這次課程設計過程中,不總是一帆風順的.雖然出現(xiàn)了問題,但是經(jīng)過小組成員的討論,問題迎刃而解,為此我深刻體會到團隊合作在學習及生活中的重要性.我們小組,分工明確,大家共同努力集思廣益,在實驗過程中,我們發(fā)現(xiàn)錯誤并解決錯誤的水平提升不少,這對我們今后的發(fā)展大有裨益.設計的成功離不開我們小組成員的團結(jié)合作,也離不開我們老師的大力指導,在此,我們特別感謝老師們對我的指導和幫助.參考文獻1?廖曉鐘,劉向東.自動限制系統(tǒng)第2版M.北京：北京理工大學出版社.2021.2?陳伯時.電力拖動自動限制系統(tǒng)第2版M.北京：機械工業(yè)出版社.2005.3陳軍.淺議電氣傳動技術(shù)